現場總線與工廠底層自動化及信息集成技術探析

朱晏良+陳昌明+孟賀

摘要：隨著我國改革開放和現代化建設的不斷加深，我國各行各業都在發生翻天覆地的變化，各種新興技術的不斷推廣應用，使得工廠自動化程度逐漸加深。筆者從現場總線與底層自動化的具體關系入手，深入的研究了工廠的現場總線與底層自動化的關系和現場總線和底層自動化本身的特點，細致的分析探索了現場總線技術和底層自動化系統關系的改變，筆者覺得我國自動化產業正在世界工廠產業結構化改革中面臨新的出路。

關鍵詞：現場總線；底層自動化；集成信息

一、現場總線技術

1.現場總線的概念

憑借全球電工委員會對工廠現場總線的定義，現場總線（Fieldbus）指的是“現場設備在生產安裝過程中的/工廠總控室與現場的自動控制裝置/系統之間的一種智能、多樣化、多點通信的數據總線。”也可以這樣講，現場總線是以分散、多樣化、數字化度量和遙控裝置為聯系點，通過總線進行聯系，從而得到交流信息的目的，合作實現數控連接功能的系統。在這里面，“生產過程”是包括斷續和連續生產兩個方面。所以說，現場總線是連接底層自動化的智能化集成網絡技術。所以這項技術被稱為FCS（Fieldbus Control System）。

2.現場總線的主要特點

在以前工廠操作中，主控器與現場設備之間的連接方式是一對一所謂I/O連接，信號傳遞方式為4～20mA或者24VDC信號。應用現場總線這種智能化技術，可以通過電纜將工廠數控器與實地現場設備連接起來，從而實現智能化通信與基本設備的控制要求。應用總線技術可以實現基層設備的數字化，實際上總線技術需要配套的基層設備是攜帶有通信接口的數字化設備，所以現場總線技術能夠實現工廠的智能化。現場總線技術能夠滿足工廠對設備的遠程遙控及故障診斷的要求，現場總線技術通過采用電腦智能化技術實現智能化的現場設備，通過這種技術可以使總控制器獲得大量的現場信息，實現對現場一手資料的第一時間掌握，從而完成遠程遙控、智能化和事故修復工作。實際上現場總線技術是完成對底層信息采集的主要技術，要想成功的實施CIMS，計算機網絡問題就必須得到徹底解決。現場總線技術是連接現場與車間信息采集的關鍵因素。

二、對工廠底層自動化技術及信息集成技術分析

CIMS體系及工業數據結構的層次劃分

根據對基層的工廠管理、生產流程及具體功能的要求，簡單的CIMS系統可以分為工廠級、車間級和現場級。前兩個級別的自動化監測主要完成對基本設備單線控制、多線控制、互通聯網的監測和實地設備生產對運行數據的收集，儲備和運算等功能，從而保證實地設備高速度、高保證生產，同時將實地生產設備的生產和運行狀況及時傳達給工廠的高層并接收高層下達給實地現場生產設備的調度命令并運算其命令。

三、現場總線技術的發展對工廠自動化系統和實地信息集成的影響

1.傳統的現場級和車間級監控系統

PLC分布式監控是依賴于傳統的現場級和車間級監控系統基礎上的一種新型監控系統。這種監控系統的優點主要是基層設備與高層控制器的連接是一對一的連線方式。

2.系統的主要缺點

這種系統的缺陷是信息集成能力不強，這種方式獲取信息途徑單一，獲取的信息量有限，設備參數、設備故障等障礙很難得到解決，對信息合成的途徑單一，CIMS系統對實地底層數據的要求不能滿足。系統不開放，專業性不強。實地設備依靠24VDC連接，系統使用產品的途徑單一。不同廠商之間的互相操控性、互換性、可合成能力較低。而且這種系統往往不留出接口，不讓其他廠商將自己的系統集成到通用系統中去。可維護性不高。由于各種原因，導致對實地設備的信息記錄不完整，實地設備對故障診斷處理、完善功能不是很完善。另一方面對實地器材的參數設定、完善的能力不足，大大影響了儀器的可操作性。

四、現場級與車間級自動化監控系統所面臨的機會

1.自動化系統自主開發和應用推廣的新機遇

對于國內的自動化產業來說，無論是PLC或是DCS來說，系統的硬件和軟件都是聯合銷售的。而且還因為世界知名工廠自動化系統生產商在研發資本、生產力度、組織方面、品牌影響力等等地方都比國內的系統研發廠商有著壓倒性的優勢，導致國內自動化產業的大部分份額都被國外廠商所占據著。而且由于系統的不開放性，國內的商家很難在世界通用系統中做一些特定方向性的研究以達到系統升值的目的，國內大多數系統生產商所做的只是系統配套方面的技術性較低的方面。市場競爭在系統生產商主要體現在技術方面的因素，而且主要是在價格方面。

2.自動化系統現場總線的不斷發展促使系統產生新的分化

隨著實際現場總線技術的不斷應用和新的工廠自動化系統的成熟應用，使系統逐漸向開放性，實用性方面發展，總而言之，工廠自動化監控系統為工廠提供了一個透明的、實用的軟件和硬件平臺。這種平臺的誕生，為國內系統生產商家提供了一個打進世界軟件市場的機遇。一方面對于工廠化合成類企業而言，可以充分利用企業在系統研發方面的優勢，并利用企業在自動化方面某一專項技術的優勢，在國際大平臺上，研發出屬于自己的，并且具有自己特殊優勢的多功能軟件系統，這種多功能通用的軟件系統會比那些傳統的系統能為廠商帶來更高的收益。另一方面，國內大多數工廠自動化實地設備制造廠家如（驅送器、效應器、調節器、電機及電流保護裝置、輸配電保護裝置、低壓開關設備等等），尤其是那些具備能生產特殊產品的廠家，這些特殊的產品在改造之前就應具有實地總線接口，能讓這些產品在中國市場上開拓更加廣闊的市場。因為采用了進口控制器、進口調節器等等先進的領先國際的設備，同時兼顧了使用性、安全性、價格三個方面，必將受到用戶喜愛而且將會具有更大市場份額的。

結束語：

從上文討論的各個方面來看，實地現場總線不僅僅是一項單純的用高科技芯片替換傳統通信的技術，而是網絡及其智能化通信技術向工廠底層的不斷延伸。如同其他專業一樣，現場總線技術是工廠內部通信技術的一次智能化創新。工廠底層自動化和信息集成技術是全面完成自動化和CIMS系統的基礎。隨著現場總線技術的不斷推進，其必將促進傳統產業化結構發生重大變化，并對工廠效益的提高提供重大幫助。

參考文獻：

[1]王錦標.現場總線和現場總線控制系統.化工自動化及儀表，1997.24

[2]張消武.智能建筑.北京，清華大學出版社，1996